汽车缓速器的能量存储设计理论

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 汽车缓速器的能量存储设计理论 摘 要：随着汽车保有量的持续 增长，环保、能源、安全问题越来越引 起人们的重视。缓速器是利用电磁感应 原理实现汽车制动的一种辅助制动装置。 该文在分析缓速器结构和制动原理的基 础上，设计了一种能量储存式缓速器， 可在实现汽车辅助制动的同时将制动能 量转换为电能进行储存，当汽车再次启 动或加速时，能将储存的电能释放，解 决了传统缓速器将制动能量转化为热能 而浪费的弊端，有利于提高车辆的燃油 经济性和行驶安全性，具有较广的应用 前景。 中国论文网 /8/view-12793899.htm 关键词：缓速器 能量储存 制动 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 汽车 中图分类号：U46 文献标识码： A 文章编号：1672-3791（2015） 11（c）-0084-02 随着社会经济的发展，我国汽车 保有量持续增长，2015 年新注册登记的 汽车达 2 385 万辆，与 2014 年相比，私 家车增长了 17.77%，每百户家庭拥有 私家车 31 辆，汽车占机动车的比率近 5 年从 47.06%上升至 61.82%。由此可 以看出，汽车在交通运输中占有重要的 地位。当然，汽车的普及随之带来了安 全、节能等问题，汽车缓速器应运而生。 汽车缓速器安装于变速器与驱动桥之间， 利用电磁感应原理实现汽车制动的一种 辅助制动装置。随着国家对交通安全、 节能环保的重视，缓速器越来越普及。 缓速器的结构大都是由转子总成、 定子总成所构成，基本都是应用于大车 上。另外，这些缓速器在进行辅助制动 时，制动产生的能量基本都以热能消耗 掉了，无疑是对资源的浪费。因此研究 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 如何将制动时所产生的大部分能量进行 收集存储，当汽车加速或启动时再将存 储的能量释放出来的缓速器将是非常有 意义的。该文介绍永磁式缓速器和电涡 流缓速器的能量收集理论。 1 缓速器结构和制动原理 1.1 电涡流缓速器 电涡流缓速器由机械装置和电控 装置组成。机械装置由定子总成、转子 总成等部件组成。在固定架的圆周上均 匀地分布着定子的铁心，铁心是由高导 磁材料制成，铁心上套有励磁线圈，构 成磁极。转子由转子盘和转子轴构成， 呈圆盘形，同样采用具有导磁性能良好 的磁性材料制成，转子盘中心凹陷，其 上铸有叶片和气道，能够实现较好的散 热。转子连接于传动轴上，可随传动轴 转动。定子安装在车架上或变速器后端， 相对车架是固定不动的；电控装置由控 制器、励磁线圈、驱动器、传感器等组 成，控制器安装在仪表板上，显示励磁 电流工作状态和手自动励磁的切换操作。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 电涡流缓速器的工作原理分 3 步： 当驾驶员踩下制动踏板或按下缓速器的 控制开关时，电涡流缓速器的励磁线圈 导通而励磁，在定子总成之间构成磁路 回路，此为第一步电生磁。转子旋转切 割定子励磁线圈产生的磁力线，在转子 内部产生方向相反的涡旋状感应电流， 即涡流，此步为磁生电。产生涡流的转 子盘处在定子产生的磁场中，就会受到 磁力的作用，产生阻止转子转动的阻力 即产生制动力，此步为电磁力矩。涡流 流动产生的热能通过转子盘叶片的风力 迅速散发出去。 1.2 永磁式缓速器 永磁式缓速器由机械装置、辅助 装置、控制装置 3 部分组成。机械装置 也是由定子和转子等部件组成。定子由 永磁体、定子铸体、磁铁保持架、磁铁 支架、气缸组件等组成。永磁体沿圆周 方向均匀地且磁极交替反向地装在磁铁 保持架内的磁铁支架上，磁铁支架套装 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 在定子铸体上，通过销子与保持架连接。 定子一般安装在变速器后端壳体上，相 对车架而言，固定不动。转子通常由转 子鼓、转子臂和散热片构成。转子鼓用 导磁性能高剩磁小的铁磁材料制成。转 子鼓外设有散热片，实现散热功能。转 子鼓通过法兰与动力输出轴连接，随输 出轴自由转动。控制装置部分由开关、 指示灯、传感器、电磁阀、储气罐等组 成。 永磁式缓速器与电磁缓速器的工 作原理基本相同，区别是永磁缓速器的 励磁不是采用励磁线圈而是利用永久磁 铁励磁。制动时，磁极交替反向的永磁 体产生励磁磁场，在励磁磁场的作用下， 转子鼓内部产生感应电流，永磁体产生 的励磁磁场对带电的转子鼓产生阻止转 动的阻力，尽而对传动轴产生制动或减 速作用，制动时产生的热量通过转子鼓 散热片的对流和辐射迅速地将热量散发 掉。 2 制动能量储存方式 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 由上面分析可知，这两种缓速器 都存在能量浪费的弊端。若能将汽车在 制动过程中的动能进行存储，需要时再 进行释放，则有利于提高车辆的燃油经 济性和行驶安全性。按照能量储存的方 式，汽车制动能量储存可以分为液压储 能、飞轮储能和蓄电池储能 3 种形式。 2.1 液压储能 液压储能系统工作过程如图 1 所 示，首先将汽车减速或制动时的机械能 利用液压装置转换成液压能，存储在储 能器中；当汽车启动或加速时，系统将 制动时存储在储能器中液压能通过液压 装置转换成机械能为汽车传动系统提供 额外能量，增加驱动力。 2.2 飞轮储能 飞轮储能系统工作过程如图 2 所 示，将汽车减速或制动时的动能利用传 动装置转换为飞轮高速转动的动能；当 汽车启动或加速时，高速运转的飞轮将 之前制动时存储的动能再通过传动装置 转换为汽车启动或加速的驱动力，增加 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 驱动能力。 2.3 蓄电池储能 蓄电池储能系统工作过程如图 3 所示，将汽车减速或制动时的动能利用 发电机转化为电能，存储在储能器中， 电能储能器可以选用蓄电池或者超级电 容；当汽车启动或加速时，利用电动机 将储存的电能转换为汽车启动或加速的 驱动力，增加驱动能力。 3 缓速器能量储存方案设计 对于永磁式缓速器和电涡流缓速 器而言，在它们辅助制动过程中，车辆 的耗电量明显增加，也就是说若要永磁 式缓速器和电涡流缓速器真正实现辅助 制动作用，必须要增加汽车蓄电池或发 电机的容量，因此在进行永磁式缓速器 和电涡流缓速器设计时，必须选择合适 的能量储存方案。 我们在上面介绍了 3 种制动能量 储存方式，其中液压和飞轮储能系统是 将汽车制动或减速的动能进行转换存储 后直接释放利用的，缺点是能量不能实 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 现长久地储存，并且液压储能系统要求 密封性高，存在能量损失较大的缺点， 因此，液压和飞轮储能系统对于永磁式 缓速器和电涡流缓速器而言并不是最优 方案。蓄电池电能储能系统将制动的能 量转换为电能进行存储，能够为汽车充 电储能，消耗电能很小，可实现能量的 长久储存，具有稳定性、轻量化、保养 简单的优点。因此，永磁式缓速器和电 涡流缓速器能量储存方案选择蓄电池储 能系统。 缓速器的整体设计是将缓速器安 装于发动机/变速器与后驱动桥输入端之 间，能量储存的关键技术是缓速器的控 制系统，整个控制系统包含脉动控制、 回馈制动控制、电流控制等。控制系统 的芯片选择具有低功耗、高可靠性、运 算速度快的芯片，用于实现各部分的精 确控制。工作过程为：正常行驶时，汽 车发动机将动力传递至变速器；制动时， 控制电路切断发动机至变速器间的动力 传递，缓速器开始工作，提供辅助制动 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 能量，使得驱动桥的转速降低，汽车行 驶速度下降，与此同时，控制电路启动 能量